DE102022110114A1 - Redox flow cell - Google Patents
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- H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Redox-Flusszelle (8), umfassend mindestens eine Elektrode (1, 1', 1a, 1b) und einen Elektrolyten in Kontakt zur Elektrode (1, 1', 1a, 1b), wobei die Elektrode (1, 1', 1a, 1b) ein Substrat (2) umfasst, das aus mindestens einem Elektrodenmaterial in Form eines Metallblechs (2a) und/oder eines Streckmetallgitters (2b) gebildet ist. Das Elektrodenmaterial ist aus einer Kupfer-Bismut-Legierung (CuBi) gebildet, wobei das Substrat (2) zumindest in seinem Kontaktbereich zum Elektrolyten von einer polymeren Deckschicht (5) enthaltend elektrisch leitfähige Partikel umhüllt ist.The invention relates to a redox flow cell (8), comprising at least one electrode (1, 1', 1a, 1b) and an electrolyte in contact with the electrode (1, 1', 1a, 1b), the electrode (1, 1 ', 1a, 1b) comprises a substrate (2) which is formed from at least one electrode material in the form of a metal sheet (2a) and/or an expanded metal grid (2b). The electrode material is formed from a copper-bismuth alloy (CuBi), with the substrate (2) being covered by a polymeric cover layer (5) containing electrically conductive particles, at least in its contact area with the electrolyte.
Description
Die Erfindung betrifft eine Redox-Flow-Zelle, insbesondere Redox-Flow-Batterie, umfassend mindestens eine Elektrode und mindestens einen Elektrolyten in Kontakt zur Elektrode, wobei die Elektrode ein Substrat umfasst, das aus mindestens einem Elektrodenmaterial in Form eines Metallblechs und/oder eines Streckmetallgitters gebildet ist.The invention relates to a redox flow cell, in particular a redox flow battery, comprising at least one electrode and at least one electrolyte in contact with the electrode, the electrode comprising a substrate made of at least one electrode material in the form of a metal sheet and/or a Expanded metal grid is formed.
Elektroden sowie damit ausgestattete Redox-Flusszellen oder Redox-Flow-Zellen, insbesondere Redox-Flow-Batterien oder Flussbatterien umfassend eine Mehrzahl solcher Zellen, sind hinreichend bekannt. Die Redox-Flow-Batterie ist ein Speicher für elektrische Energie, wobei die elektrische Energie in flüssigen chemischen Verbindungen beziehungsweise Elektrolyten, einem sogenannten Anolyt und einem sogenannten Katholyt, gespeichert vorliegt. Die Elektrolyte befinden sich in zwei Reaktionsräumen, die durch eine Ionenaustauschmembran voneinander getrennt sind. Über diese Membran erfolgt ein Ionenaustausch zwischen Anolyt und Katholyt, wobei elektrische Energie frei wird. Die frei werdende elektrische Energie wird über je eine Elektrode, die in Kontakt zum Anolyten und Katholyten steht, abgegriffen. Die Elektrolyte werden in den Reaktionsräumen mittels Pumpen jeweils zirkuliert und fließen an der jeweiligen zugewandten Oberfläche der Membran entlang. Da die Elektrolyte in beliebig groß ausgeführten Tanks gespeichert werden können, ist die in der Redox-Flow-Batterie gespeicherte Energiemenge nur von der Größe der verwendeten Tanks abhängig.Electrodes and redox flow cells or redox flow cells equipped with them, in particular redox flow batteries or flow batteries comprising a plurality of such cells, are well known. The redox flow battery is a storage device for electrical energy, whereby the electrical energy is stored in liquid chemical compounds or electrolytes, a so-called anolyte and a so-called catholyte. The electrolytes are located in two reaction spaces that are separated from each other by an ion exchange membrane. An ion exchange between anolyte and catholyte takes place via this membrane, releasing electrical energy. The electrical energy released is tapped via an electrode that is in contact with the anolyte and catholyte. The electrolytes are circulated in the reaction spaces using pumps and flow along the respective facing surface of the membrane. Since the electrolytes can be stored in tanks of any size, the amount of energy stored in the redox flow battery only depends on the size of the tanks used.
Flussbatteriesysteme als Speichersysteme ermöglichen eine nachhaltige Energieversorgung für stationäre und mobile Anwendungsfelder mittels erneuerbarer Energien. Um hohe Wirkungsgrade und Leistungsdichten zu erreichen, werden möglichst kompakte Zellaufbauten in Batteriestacks angestrebt. Hohe Leistungsdichten stellen jedoch große Herausforderungen an die einzelnen Komponenten eines Batteriestacks dar.Flow battery systems as storage systems enable a sustainable energy supply for stationary and mobile applications using renewable energies. In order to achieve high efficiencies and power densities, the aim is to have cell structures in battery stacks that are as compact as possible. However, high power densities pose major challenges for the individual components of a battery stack.
Die
Die Veröffentlichung „A biomimetic high-capacity phenazine-based anolyte for aqueous organic redox flow batteries“,
Derzeit werden als korrosionsbeständige Substrate für Elektroden von Redox-Flusszellen oder Redox-Flow-Batterien aufgrund der Verwendung stark basischer oder saurer Elektrolyte häufig plattenförmige Komposite aus Kunststoff und Graphit verwendet. Diese Substrate sind meist mit einer beidseitig aufgebrachten Kohlenstoffbeschichtung versehen oder es ist ein durchströmbarer Kohlenstoff-Filz zwischen der Membran und der Elektrode vorhanden. Eine Gesamtplattendicke der Elektrode im Bereich von etwa 0,7 - 1,2 mm ist dabei üblich. Solche Elektroden werden häufig in einem elektrisch isolierenden Kunststoffrahmen gehalten, was mit zusätzlichem Kostenaufwand für den Rahmen und das Montageverfahren verbunden ist. Die Größe und die Herstellungserfordernisse solcher Elektroden stehen einer platzsparenden und insbesondere kompakten Geometrie von Redox-Flow-Zellen und deren rationeller industrieller Fertigung derzeit im Wege.Currently, plate-shaped composites made of plastic and graphite are often used as corrosion-resistant substrates for electrodes of redox flow cells or redox flow batteries due to the use of strongly basic or acidic electrolytes. These substrates are usually provided with a carbon coating applied on both sides or there is a flow-through carbon felt between the membrane and the electrode. A total plate thickness of the electrode in the range of approximately 0.7 - 1.2 mm is common. Such electrodes are often held in an electrically insulating plastic frame, which involves additional costs for the frame and the assembly process. The size and manufacturing requirements of such electrodes currently stand in the way of a space-saving and, in particular, compact geometry of redox flow cells and their rational industrial production.
Zum technischen Hintergrund wird hier auf die Veröffentlichung „Engineering aspects of the design, construction and performance of modular redox flow batteries for energy storage“, L.F. Arenas et al., Journal of Energy Storage 11 (2017), Seiten 119 - 153, verwiesen.For technical background reference is made to the publication “Engineering aspects of the design, construction and performance of modular redox flow batteries for energy storage”, L.F. Arenas et al., Journal of Energy Storage 11 (2017), pages 119 - 153, referenced.
Die
Die
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Redox-Flusszelle umfassend mindestens eine Elektrode und mindestens einen Elektrolyten bereitzustellen, wobei die Elektrode bei geringen Dicken-Abmessungen kostengünstig und mit erhöhter Korrosionsbeständigkeit herzustellen ist.It is the object of the invention to provide a redox flow cell comprising at least one electrode and at least one electrolyte, the electrode having small thickness dimensions can be produced cost-effectively and with increased corrosion resistance.
Die Aufgabe wird für die Redox-Flusszelle umfassend mindestens eine Elektrode und mindestens einen Elektrolyten in Kontakt zur Elektrode, wobei die Elektrode ein Substrat umfasst, das aus mindestens einem Elektrodenmaterial in Form eines Metallblechs und/oder eines Streckmetallgitters gebildet ist, dadurch gelöst, dass das Elektrodenmaterial aus einer Kupfer-Bismut-Legierung (CuBi) gebildet ist, wobei das Substrat zumindest in seinem Kontaktbereich zum Elektrolyten von einer polymeren Deckschicht enthaltend elektrisch leitfähige Partikel umhüllt ist.The object is achieved for the redox flow cell comprising at least one electrode and at least one electrolyte in contact with the electrode, the electrode comprising a substrate which is formed from at least one electrode material in the form of a metal sheet and/or an expanded metal grid, in that the Electrode material is formed from a copper-bismuth alloy (CuBi), the substrate being covered at least in its contact area with the electrolyte by a polymeric cover layer containing electrically conductive particles.
Der Einsatz eines Substrats aus einer Kupfer-Bismut-Legierung hat sich als besonders geeignet für den Einsatz in einer Redox-Flusszelle erwiesen. Einerseits ist die elektrische Leitfähigkeit hoch und bleibt über eine lange Betriebsdauer der Zelle im Bereich von mehr als 26 h stabil, da keine Korrosion festgestellt werden konnte.The use of a substrate made of a copper-bismuth alloy has proven to be particularly suitable for use in a redox flow cell. On the one hand, the electrical conductivity is high and remains stable over a long operating period of the cell in the range of more than 26 hours, as no corrosion could be detected.
Die elektrische Leitfähigkeit der polymeren Deckschicht lässt sich durch die Auswahl der elektrisch leitfähigen Partikel einstellen. Die polymere Deckschicht ist dabei flüssigkeitsdicht oder weitgehend flüssigkeitsdicht ausführbar und wird durch den anströmenden Elektrolyten über lange Zeiträume nicht abgetragen oder beschädigt.The electrical conductivity of the polymeric top layer can be adjusted by selecting the electrically conductive particles. The polymeric cover layer can be designed to be liquid-tight or largely liquid-tight and is not removed or damaged by the incoming electrolyte over long periods of time.
Die Kupfer-Bismut-Legierung ist bevorzugt umfassend bis zu 10 Gew.-% Bismut ausgebildet.The copper-bismuth alloy is preferably formed to contain up to 10% by weight of bismuth.
Je nach Dimension einer Elektrode ist es vorteilhaft, zur Sicherstellung der mechanischen Stabilität der Elektrode mit zunehmender Fläche der Kontaktbereiche zum Elektrolyten auch die Dicke der Elektrode zu erhöhen. So sind für Elektroden prinzipiell Metallbleche und Streckmetallgitter ab einer Dicke von 0,1 mm verwendbar. Es hat sich aber bewährt, wenn das Metallblech und das Streckmetallgitter jeweils in einer Dicke von maximal 5 mm ausgebildet ist.Depending on the dimensions of an electrode, it is advantageous to increase the thickness of the electrode as the area of the contact areas with the electrolyte increases in order to ensure the mechanical stability of the electrode. In principle, metal sheets and expanded metal grids with a thickness of 0.1 mm or more can be used for electrodes. However, it has proven useful if the metal sheet and the expanded metal grid are each designed with a maximum thickness of 5 mm.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Elektrode weist das Metallblech und/oder das Streckmetallgitter zumindest bereichsweise eine dreidimensionale Profilierung auf. Dies erhöht die später zur Verfügung stehende Kontaktfläche des Metallblechs oder Streckmetallgitters zu einem Elektrolyten.In a preferred embodiment of the electrode, the metal sheet and/or the expanded metal grid has a three-dimensional profiling at least in some areas. This increases the later available contact surface of the metal sheet or expanded metal grid to an electrolyte.
Das Substrat kann lediglich ein Metallblech, lediglich ein Streckmetallgitter (gegebenenfalls in Kombination mit einer elektrisch leitenden, nicht von Elektrolyt durchdringbaren Stützplatte, oder eine Kombination von Metallblech und Streckmetallgitter umfassen. Sofern nur ein Streckmetallgitter vorgesehen ist, das von einem Elektrolyten durchströmbar ist, kann dieses zu einem Wickel aufgerollt, in Lagen übereinander gestapelt oder einlagig vorgesehen sein.The substrate can comprise only a metal sheet, only an expanded metal grid (possibly in combination with an electrically conductive support plate that cannot be penetrated by electrolyte, or a combination of metal sheet and expanded metal grid. If only one expanded metal grid is provided through which an electrolyte can flow, this can rolled up into a roll, stacked in layers on top of each other or provided in a single layer.
Bei einer Kombination eines Metallblechs mit einem Streckmetallgitter wird das Streckmetallgitter dem Elektrolyten zugewandt angeordnet, wobei vorzugsweise lediglich eine Klemmung zwischen Metallblech und Streckmetallgitter erfolgt. Allerdings kann das Streckmetallgitter zur Vereinfachung einer späteren Montage der Elektrode in einer Redox-Flow-Zelle auch über einzelne Schweißpunkte an dem Metallblech angeheftet oder stellenweise mit dem Metallblech verklebt oder verlötet sein.When combining a metal sheet with an expanded metal grid, the expanded metal grid is arranged facing the electrolyte, with preferably only a clamping between the metal sheet and the expanded metal grid. However, to simplify later assembly of the electrode in a redox flow cell, the expanded metal grid can also be attached to the metal sheet via individual welding points or glued or soldered to the metal sheet in places.
Bevorzugt weist das Substrat einseitig oder vorzugsweise beidseitig zumindest bereichsweise eine dreidimensionale Profilierung unter Ausbildung eines Flussfeldes auf. Die Einbringung eines solches Flussfeldes in ein Substrat ist durch Prägen oder dergleichen in kostengünstiger Weise möglich. Ein solches Flussfeld lenkt die Strömung des Elektrolyten in definierte Bahnen und ist gleichbedeutend mit einer dreidimensionalen Struktur im Bereich der Oberfläche des Substrats. Es sorgt für eine homogene Verteilung und Strömung des Elektrolyten an und entlang einer Ionenaustauschmembran.The substrate preferably has a three-dimensional profiling on one side or preferably on both sides, at least in some areas, forming a flow field. The introduction of such a flow field into a substrate is possible in a cost-effective manner by embossing or the like. Such a flow field directs the flow of the electrolyte in defined paths and is equivalent to a three-dimensional structure in the area of the surface of the substrate. It ensures a homogeneous distribution and flow of the electrolyte on and along an ion exchange membrane.
Weiterhin ist bevorzugt mindestens eine Zwischenschicht, welche zwischen dem Substrat und der Deckschicht aufgebracht ist, vorhanden, wobei die Zwischenschichtgebildet ist aus
- - Kohlenstoff oder
- - einem Metallkarbid oder
- - mindestens einem Material aus der Gruppe umfassend Titan, Hafnium, Niob, Tantal, Zirkonium, oder
- - mindestens einem Material aus der Gruppe umfassend Titan, Hafnium, Niob, Tantal, Zirkonium, und weiterhin mindestens einem nicht-metallischen Element der Gruppe umfassend, N, C, F, B, O, H.
- - carbon or
- - a metal carbide or
- - at least one material from the group comprising titanium, hafnium, niobium, tantalum, zirconium, or
- - at least one material from the group comprising titanium, hafnium, niobium, tantalum, zirconium, and further at least one non-metallic element from the group comprising N, C, F, B, O, H.
Die mindestens eine Zwischenschicht soll die Haftung der Deckschicht am Substrat verbessern und zudem die chemische Stabilität der Elektrode und deren Lebensdauer signifikant verlängern.The at least one intermediate layer is intended to improve the adhesion of the cover layer to the substrate and also significantly extend the chemical stability of the electrode and its service life.
Die elektrisch leitfähigen Partikel in der polymeren Deckschicht sind bevorzugt aus Kohlenstoff und/oder mindestens einem Metall und/oder mindestens einem Metallkarbid und/oder mindestens einem Metallnitrid und/oder Bornitrid gebildet. Insbesondere liegen die elektrisch leitfähigen Partikel aus dem mindestens einen Metall in Form von Titan und/oder Kupfer und/oder Silizium und/oder Aluminium und/oder Eisen und/oder Zink und/oder Zinn und/oder Gold und/oder Silber vor.The electrically conductive particles in the polymeric cover layer are preferably formed from carbon and/or at least one metal and/or at least one metal carbide and/or at least one metal nitride and/or boron nitride. In particular, the electrically conductive particles are made of the at least one metal in the form of titanium and/or copper and/or silicon and/or aluminum nium and/or iron and/or zinc and/or tin and/or gold and/or silver.
Die Deckschicht weist in einer bevorzugten Ausführungsform mindestens ein Polymer in Form von Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polyamid (PA), Polyvinylchlorid (PVC), Polyphenylensulfid (PPS), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Poly(3,4)-ethylenedioxythiophene (PEDOT), Polyetheretherketone (PEEK), Phenazin Derivaten oder Chinonen auf.In a preferred embodiment, the cover layer has at least one polymer in the form of polypropylene (PP), polyethylene (PE), polyamide (PA), polyvinyl chloride (PVC), polyphenylene sulfide (PPS), polyvinylidene fluoride (PVDF), poly (3,4) - ethylenedioxythiophene (PEDOT), polyether ether ketones (PEEK), phenazine derivatives or quinones.
Die Zwischenschicht weist bevorzugt eine Schichtdicke im Bereich von 0,1 bis 500 µm auf.The intermediate layer preferably has a layer thickness in the range from 0.1 to 500 μm.
Die Zwischenschicht ist vorzugsweise mittels eines PVD-Verfahrens oder eines kombinierten PVD/PACVD-Verfahrens auf dem Substrat gebildet. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Zwischenschicht möglichst porenfrei abgeschieden ist oder zumindest nur Poren mit einem Durchmesser kleiner 0,1 mm aufweist, um einen korrosiven Angriff des Elektrolyten auf das Substrat weiter zu verringern. Die Zwischenschicht kann aber auch durch ein alternatives Beschichtungsverfahren, beispielsweise ein CVD-, PACVD- oder PVD-Verfahren, chemische oder elektrochemische Abscheidung oder durch thermisches Spritzen, aufgebracht werden. Im Fall der Verwendung von Dünnschichtauftragsverfahren sind Schichtdicken der Zwischenschicht insbesondere im Bereich von 200 bis 1600 nm, insbesondere im Bereich von 200 bis 800 nm bevorzugt. Nach der Bildung der mindestens einen Zwischenschicht kann ein Wärmebehandlungsschritt erfolgen.The intermediate layer is preferably formed on the substrate using a PVD process or a combined PVD/PACVD process. It is advantageous if the intermediate layer is deposited as pore-free as possible or at least only has pores with a diameter of less than 0.1 mm in order to further reduce corrosive attack by the electrolyte on the substrate. However, the intermediate layer can also be applied using an alternative coating process, for example a CVD, PACVD or PVD process, chemical or electrochemical deposition or thermal spraying. If thin-film application processes are used, layer thicknesses of the intermediate layer are particularly preferred in the range from 200 to 1600 nm, in particular in the range from 200 to 800 nm. After the formation of the at least one intermediate layer, a heat treatment step can take place.
Die Zwischenschicht kann weiterhin in Form einer Plattierung vorliegen, sofern diese metallisch ausgebildet wird. Als Plattieren bezeichnet man in der Metallbearbeitung das ein- bzw. zweiseitige Aufbringen einer oder mehrerer Metalllage(n) auf ein dazu unterschiedliches Grundmetall. Dabei wird eine untrennbare Verbindung durch Druck und/oder Temperatur bzw. nachfolgende Wärmebehandlung (z. B. Diffusionsglühen) erzielt. Das Plattieren kann insbesondere durch ein Aufwalzen von dünner Metallfolie erfolgen.The intermediate layer can also be in the form of a plating, provided it is made of metal. In metal processing, plating refers to the one- or two-sided application of one or more metal layers to a different base metal. An inseparable connection is achieved through pressure and/or temperature or subsequent heat treatment (e.g. diffusion annealing). The plating can be carried out in particular by rolling thin metal foil.
Insbesondere hat es sich bewährt, wenn die Elektrode aus einem Metallblech gebildet wird, die ein- oder beidseitig mit einer Zwischenschicht versehen wird, die durch Plattieren ausgebildet wird.In particular, it has proven useful if the electrode is formed from a metal sheet, which is provided on one or both sides with an intermediate layer which is formed by plating.
Die polymere Deckschicht weist bevorzugt eine Schichtdicke D > 500 nm auf. Die Deckschicht wird bevorzugt durch ein Sprühverfahren, ein Aufrakeln oder ein Aufschleudern ausgebildet. Nach der Bildung der Deckschicht kann ein Wärmebehandlungsschritt erfolgen.The polymeric cover layer preferably has a layer thickness D > 500 nm. The cover layer is preferably formed by a spraying process, knife coating or spin coating. After the top layer has been formed, a heat treatment step can take place.
Es hat sich bewährt, wenn die optionale mindestens eine Zwischenschicht und/oder die Deckschicht das Substrat zumindest einseitig, bevorzugt beid- oder allseitig bedeckt/bedecken. Insbesondere im Bereich der Kanten eines Metallblechs können unbeschichtete Bereiche oder Bereiche mit sehr geringer Schichtdicke vorliegen, die allerdings üblicherweise aufgrund der Trennung der Elektrolyträume nicht in Kontakt mit einem Elektrolyten stehen und daher unkritisch sind. Zumindest sollte die optionale mindestens eine Zwischenschicht und die Deckschicht das Substrat in einem Kontaktbereich zu einem Elektrolyten der Redox-Flusszelle bedecken, also in einem Bereich, der in direktem Kontakt zu einem Anolyten oder Katholyten eingesetzt wird.It has proven useful if the optional at least one intermediate layer and/or the cover layer covers/covers the substrate at least on one side, preferably on both or all sides. Particularly in the area of the edges of a metal sheet, there may be uncoated areas or areas with a very small layer thickness, which, however, are usually not in contact with an electrolyte due to the separation of the electrolyte spaces and are therefore not critical. At least the optional at least one intermediate layer and the cover layer should cover the substrate in a contact area with an electrolyte of the redox flow cell, i.e. in an area that is used in direct contact with an anolyte or catholyte.
Die Redox-Fllusszelle umfasst vorzugsweise mindestens zwei Elektroden, einen ersten Reaktionsraum zur Aufnahme eines ersten Elektrolyten und einen zweiten Reaktionsraum zur Aufnahme eines zweiten Elektrolyten, wobei jeder Reaktionsraum in Kontakt mit einer der Elektroden steht und wobei die Reaktionsräume durch eine Ionenaustauschmembran voneinander getrennt sind.The redox flow cell preferably comprises at least two electrodes, a first reaction space for receiving a first electrolyte and a second reaction space for receiving a second electrolyte, each reaction space being in contact with one of the electrodes and the reaction spaces being separated from one another by an ion exchange membrane.
Der Einsatz einer Elektrode mit metallischem Substrat, hier aus einer Kupfer-Bismut-Legierung, ermöglicht geringe Abstände zur Ionenaustauschmembran und damit einen platzsparenden Aufbau einer Redox-Flusszelle.The use of an electrode with a metallic substrate, here made of a copper-bismuth alloy, enables small distances to the ion exchange membrane and thus a space-saving structure of a redox flow cell.
Die Elektrode gewährleistet bevorzugt eine einwandfreie Trennung der Reaktionsräume innerhalb einer Redox-Flusszelle. Gleichzeitig weisen derartige Elektroden Oberflächen auf, die neben den hohen Anforderungen an die elektrochemische Stabilität auch den Forderungen nach einem niedrigen Grenzflächenwiderstand sowie hoher katalytischer Aktivität gerecht werden.The electrode preferably ensures perfect separation of the reaction spaces within a redox flow cell. At the same time, such electrodes have surfaces that, in addition to the high requirements for electrochemical stability, also meet the requirements for low interfacial resistance and high catalytic activity.
Insbesondere Flussbatterien mit wässrigen Elektrolyten umfassend eine redox-aktive Spezies auf der Anolyt-Seite sind bevorzugte Anwendungen für die beschriebene Elektrode.In particular, flow batteries with aqueous electrolytes comprising a redox-active species on the anolyte side are preferred applications for the electrode described.
Mehrere erfindungsgemäße Redox-Flusszellen bilden insbesondere die Bestandteile einer Redox-Flow-Batterie. Dazu werden die Redox-Flusszellen elektrisch und fluidtechnisch miteinander verschaltet.Several redox flow cells according to the invention in particular form the components of a redox flow battery. For this purpose, the redox flow cells are interconnected electrically and fluidly.
Es können aufgrund der geringen möglichen Dicken der Elektroden kleinbauende Redox-Flow-Batterien hergestellt werden, die zudem einen geringen Herstellungspreis aufweisen. So werden zur Ausbildung einer Redox-Flow-Batterie bevorzugt mehr als 10, insbesondere mehr als 50 Redox-Flusszellen elektrisch miteinander verschaltet eingesetzt.Due to the small possible thicknesses of the electrodes, small-sized redox flow batteries can be produced, which also have a low production price. To form a redox flow battery, it is preferred to use more than 10, in particular more than 50, redox flow cells electrically connected to one another.
Als für eine Redox-Flusszelle oder eine Redox-Flow-Batterie geeigneter Anolyt wird hier beispielhaft genannt:
- 1.4
M 7,8-Dihydroxyphenazin-2-sulfonsäure (kurz: DHPS) gelöst in 1 molarer Natronlauge
- 1.4
M 7,8-dihydroxyphenazine-2-sulfonic acid (DHPS for short) dissolved in 1 molar sodium hydroxide solution
Als für eine Redox-Flusszelle oder eine Redox-Flow-Batterie geeigneter Katholyt wird hier beispielhaft genannt:
- 0.31 M Kaliumhexacyanoferrat(II) und 0.31 M Kaliumhexacyanoferrat(III) gelöst in 2 molarer Natronlauge.
- 0.31 M potassium hexacyanoferrate (II) and 0.31 M potassium hexacyanoferrate (III) dissolved in 2 molar sodium hydroxide solution.
Es werden bevorzugt Elektrolyt-Kombinationen mit wässrigen Elektrolyten mit einer redox-aktiven organischen Spezies auf der Anolyt-Seite zur Bildung einer Redox-Flusszelle oder einer Redox-Flow-Batterie verwendet.Electrolyte combinations with aqueous electrolytes with a redox-active organic species on the anolyte side are preferably used to form a redox flow cell or a redox flow battery.
Die
-
1 eine Elektrode umfassend ein Substrat und eine Deckschicht in der Draufsicht auf die Substratebene, -
2 einen Querschnitt durch dieElektrode gemäße 1 , -
3 einen Querschnitt durch eine Elektrode mit einer Profilierung, -
4 einen Querschnitt durch eine Elektrode umfassend ein Substrat aus einem Metallblech und einem Streckmetallgitter, -
5 eine Elektrode mit einem Flussfeld, und -
6 eine Redox-Flusszelle beziehungsweise eine Redox-Flow-Batterie mit einer Redox-Flusszelle.
-
1 an electrode comprising a substrate and a cover layer in a top view of the substrate plane, -
2 a cross section through theelectrode 1 , -
3 a cross section through an electrode with a profiling, -
4 a cross section through an electrode comprising a substrate made of a metal sheet and an expanded metal grid, -
5 an electrode with a flow field, and -
6 a redox flow cell or a redox flow battery with a redox flow cell.
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 1, 1', 1a, 1b1, 1', 1a, 1b
- Elektrodeelectrode
- 22
- SubstratSubstrate
- 2a2a
- Metallblechmetal sheet
- 2b2 B
- StreckmetallgitterExpanded metal grid
- 33
- ZwischenschichtInterlayer
- 44
- ProfilierungProfiling
- 55
- Deckschichttop layer
- 66
- Öffnungen für Zu- und Abfluss von ElektrolytOpenings for inflow and outflow of electrolyte
- 77
- FlussfeldRiver field
- 88th
- Redox-Flusszelle oder Redox-Flow-BatterieRedox flow cell or redox flow battery
- 99
- PolymerelektrolytmembranPolymer electrolyte membrane
- 10a10a
- erster Reaktionsraumfirst reaction space
- 10b10b
- zweiter Reaktionsraumsecond reaction space
- 11a11a
- AnolytAnolyte
- 11b11b
- Katholytcatholyte
- 12a, 12b12a, 12b
- Pumpepump
- 13a, 13b13a, 13b
- Tanktank
- DD
- Dicke der DeckschichtThickness of the top layer
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 102019121673 A1 [0008]DE 102019121673 A1 [0008]
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Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited
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